驚人「反重力」浮力實驗,2 艘玩具船同時漂在懸浮液的上下表面

作者 | 發布日期 2020 年 09 月 11 日 14:03 | 分類 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


2000 多年前,阿基米德發現了浮力定律,這種方向與物體所受重力相反的力衍生出航行在水面上的船舶工具。不過最近,法國物理學家團隊找到一種新型浮力現象,實驗中可以看到流體因振動而「飄」在容器半空,並且玩具船能浮在空中懸浮液的「下方」,沒有因重力而掉落。

我們知道擺錘推動後會左右來回擺動,不過 1951 年時,諾貝爾物理獎得主蘇聯物理學家 Pyotr Kapitsa 描述了另一種現象:如果對擺錘施加正確的振動頻率,就可能產生次穩定平衡點,使錘子朝重力的「反方向」倒立並維持擺動狀態,詳可見下方影片示範。

而根據一篇發表於(Nature)期刊的新研究,研究人員發現在封閉容器內對液體施以振動,也能引起類似的反重力作用,讓液體成為懸浮液、漂浮在密閉容器的半空中——在「正常」環境(即沒有施加額外振動)下,甘油這種高黏性流體會緩慢沉降至容器底部,此時重力是控制容器內流體運動的主要作用力。

然而當密閉容器迅速振動時,研究人員發現黏性流體不會沉著在底部,而是被夾在重力的向下壓力與壓縮空氣產生的向上壓力之間,導致流體看起來就像懸浮在半空,後者便是反重力作用的關鍵。(雖然這種反向浮力不會在自然界中觀察到,研究人員是使用密閉玻璃瓶、甘油與矽油以及振動板才製造出此研究環境)

實驗中(見下方影片),研究人員將甘油、矽油倒入瓶中,接著利用裝置搖動瓶子,正如預期那般,黏稠的液體馬上從容器底部上升到半空中徘徊。為了更理解振動與懸浮液之間的關聯,研究人員接著測試將 2 個含磁性的小型玩具船放入瓶內,然後於瓶外以磁鐵引導其中一艘小船穿過懸浮液體,令人驚訝的是,研究人員卻觀察到這 2 艘玩具船都漂浮在黏性液體表面,只不過一艘在懸浮液上層表面,另一艘則漂在懸浮液下層表面,且後者相當穩定,就算用磁鐵移動也不會讓它失足墜落至瓶子底部。

物理學某環節壞了嗎?研究人員進一步計算驗證,表明這種事件並非偶然現象,而確實是振動頻率可以影響稠密液體表現,在懸浮液的下層表面,重力的向下拉力與浮力向上拉力達到了完美平衡,打賭阿基米德沒有想到這件事。雖然科學家目前也不清楚這種特技有什麼實際用途。

(首圖來源:截自論文